独立光伏发电系统控制器

文/李磊 许芷毓 柴松 袁宝林 郭来瑞

1 光伏发电系统的分类

光伏发电系统，其主要工作内容是将直流电转换为交流电。在这些电能当中，直流电的稳定性较差，交流电的稳定性较好，因此，在进行直流电向交流电的转换时，需要借助控制器来进行控制。现阶段，常见的控制器类型包括以下三种类型：

首先是独立式光伏发电系统，该种光伏发电系统主要由光伏阵列、铅酸蓄电池、直流电交流电转换器、离网型逆变器以及负荷承载等元件组成。该种光伏发电系统没有和电网系统进行并列连接，通过系统自身存在的蓄电池来进行能量的存储。在进行工作时，倘若光照程度不足，无法支持其进行工作时，通过蓄电池放电来为整个光伏发电系统提供足够的能量。这种光伏发电系统常见于游牧民族以及山区，因为这些地区的光照无法得到充分的保证，因此这种自备蓄电池的独立式光伏发电系统适用性较高。

其次是并网式光伏发电系统，该种系统主要由光伏阵列、直流电交流电转换器、并网型逆变器以及能量负载等四个元件构成。该种光伏发电系统是借助并网逆变器将电能和公用的社会电网进行连接，因此并网逆变器在其中发挥着十分重要的作用。通过将并网逆变器作为整个系统的核心，能够确保整个并网式光伏发电系统输出的电流类型为交流电，且其输出的交流电相位、类型以及频率都和公用的电网是一致的。

另外一种混合式光伏发电系统，顾名思义，混合式光伏发电系统就是指掺杂了独立式光伏发电系统和并网式光伏发电系统两种系统而组成的发电机，因此它具备了两种光伏发电系统的所有元件。与其他类型的光伏发电系统相比，该种光伏发电系统的适用程度更高、适用范围更广。当太阳光的照射程度不足或者整个系统的负载过大以至于系统无法承担这个负荷时，发电机组便会自动启动，从而为整个系统通过蓄电池存储的电能来进行供电，保障系统功能的顺利进行。

2 独立光伏发电系统充电控制器的设计

2.1 充电控制器的设计原理

上文介绍了光伏发电系统的常见类型，主要包括上述三种，而与其他类型存在区别的便是独立式光伏发电系统，该种发电系统除了常见的元件之外，还包括直流电交流电变换器以及蓄电池充电控制器。当太阳光照射到独立式光伏充电系统的表面时，能够借助光伏阵列进行光电转换，将太阳能转变为直流电后连接到充电控制器上，并且对整个光伏发电系统光伏阵列的最大功率进行跟踪，并且通过控制设备来对蓄电池组件的充电情况和充电状态进行有效的调整。

2.2 独立式光伏发电系统中充电控制器的作用

2.2.1 对光伏阵列的最大功率进行监控

对于独立式光伏发电系统来说，其在工作时容易受到外界温度以及辐射强度的变化。当外界的温度以及辐射强度发生变化时，光伏阵列的直流电也会发生变化。基于这种情况，在使用独立式光伏发电系统进行发电工作时，需要充分地利用好光伏阵列输出的电能，也就是对整个系统的充电功能进行掌握。同时，相关工作人员还需要对光伏阵列最大功率点进行跟踪和监测。

2.2.2 实现蓄电池的快速充电

对于光伏发电系统来说，其在发电时输出的电能存在较为明显的不稳定性，因此当光伏阵列输出的电能无法满足整个光伏发电系统负荷的需求时，需要通过对蓄电池进行放电的处理来补充欠缺的负荷，同时，当发电系统输出的电能足够多时，则通过充电控制器来对蓄电池进行操控，从而进行整个设备和系统的充电。充电控制器会在工作时 综合蓄电池的电池容量以及其所处的充电、放电状态来对其所处的充电状态进行调节，确保蓄电池能够在短时间内实现快速充电以及放电。

2.2.3 充电控制器能够实现通信调配

光伏充电控制器能够与整个光伏发电系统之间产生密切的关系，调整发电系统的主控制器来对充电信号进行调节，在日常工作的过程中，通过对蓄电池的容量以及充电放电状态进行检测，从而实现系统电流以及电压状态的充分掌握，并对系统的电流电压进行调整来进行充电。另外，还可以对充电控制器的输出功率进行调配，从而保障充电控制器长时间处于工作状态。

2.2.4 充电控制器能够进行及时的警报

由于充电控制器的工作状态各有不同，因此充电控制器上装设有多个不同亮度、不同颜色的LED灯，当LED灯的显示状态以及亮灯形式不相同时，意味着整个独立光伏发电系统的控制器状态也存在着明显的不同。举例来说，现阶段公认的几种充电状态，分别通过单灯亮、双灯亮、三灯亮的形式来进行描述。单灯亮，意味着系统蓄电池的充电工作刚刚起步，双灯亮，意味着正处于系统以及蓄电池正处于充电过程当中，三灯亮，意味着系统蓄电池的蓄电量已经接近峰值。而当独立光伏发电系统处于报警状态时，则意味着为蓄电池的充电控制器存在着一定的故障，为了确保整个系统的安全，充电控制器便会停止运行。同时，根据整个系统故障类型的不同，LED灯的显示状态也存在着明显的不同。举例来说，当蓄电池处于过流或者过压的状态时，独立光伏发电系统的蓄电池显示灯则会以双灯或者单灯闪烁的方式进行报警。

2.2.5 实现对蓄电池的保护

对于独立式光伏发电系统充电控制器来说，其在工作中的另一个重要功能便是实现对蓄电池的保护。在进行工作的过程中，通过采用该浮充的形式进行充电，能够实现对蓄电池的有效保护，切实提升蓄电池的使用年限。

3 独立光伏发电系统充电控制器的充电技术

对于独立光伏发电系统来说，在其工作的过程中往往面临着辐照强度以及环境温度的变化，因此独立光伏发电系统的光伏阵列输出电能极度的不稳定，同时输出的功率也较为有限，针对这种情况，在进行工作时需要对光伏阵列的最大功率点进行完善和跟踪，确保太阳能的转化效率最大化，争取在有效的时间内将更多的太阳能转化为电能存储在蓄电池当中。

3.1 恒流充电技术

恒流充电技术，是指在对蓄电池进行充电时保持电流的恒定状态。借助控制器来对输出电压进行控制，最终实现调配电流大小的调节。当输出电流过小时，充电效率较为低下；而当电流过大时，则容易在充电过程中有气体析出。析出后的气体会损伤蓄电池，影响蓄电池的质量和使用年限。因此，在充电中后期，需要对电压进行限制，尽可能地减少充电的电流。

3.2 恒压充电技术

恒压充电技术，是指在队蓄电池进行充电的过程中电压保持一致的状态，为了保持电压的一致性，在刚开始充电时，整个蓄电池的电流很大，在此之后，蓄电池端的电压逐渐增大，电流逐渐减小，到了充电的后期，蓄电池的电流开始减弱的十分明显。在采用该恒压充电技术进行充电时，充电的电流是不需要进行调整的。同时，电压逐渐增大，电流逐渐减小，因此充电的效率较高。但是由于在充电的初期电流较大，容易析出气体，损伤蓄电池。同时在充电的后期由于电流减小，充电效率受到影响，因此可能会造成蓄电池的容量变小。

3.3 慢脉冲充电技术

慢脉冲充电技术，就是指在对蓄电池进行充电时使用大电流进行快速充电，独立光伏电池组的电量输出是较为一致的，因此很难达到预期的充电效果，在这种情况下，倘若对小功率的独立式光伏发电系统进行充电，容易造成蓄电池的损害，因此该种充电方式只适用于给大功率的独立式光伏发电系统进行充电。

4 结论

综合来说，通过独立式光伏发电系统的应用，能够借助对控制器的调节来对光伏阵列的最大功率进行有效的跟踪。同时，根据蓄电池的充放电状态不同，能够实现对蓄电池充电过程的有效保护。同时，独立式光伏发电系统的控制器还能够起到保护、报警的作用。本文基于次，对于独立式光伏发电系统的充电技术做了介绍，分析了其利弊，为相关人员的实际工作开展提供了意见及建议，在实际采用独立式光伏发电系统进行充电时，可以根据实际情况的不同采用对应的充电方式。